基于微流體芯片的測(cè)試血小板的功能和藥物反應(yīng)的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)試血小板的功能和藥物反應(yīng)的設(shè)備和方法，特別是涉及基于微流體芯片的測(cè)試血小板的功能和藥物反應(yīng)的設(shè)備和方法，以便能夠利用少量血液通過(guò)在一次性微芯片中的流動(dòng)來(lái)自動(dòng)地進(jìn)行各種測(cè)試，從而進(jìn)行血栓性缺血和易出血者疾病的早期診斷。
【背景技術(shù)】
[0002]血栓是凝血或血塊在血管內(nèi)部的形成。心臟的冠狀動(dòng)脈或腦血管部分中的血栓導(dǎo)致心臟病或腦梗塞。被稱(chēng)作無(wú)聲殺手的血栓正在變成我們當(dāng)代人的主要死因。問(wèn)題是血栓或出血性疾病并非僅由基因缺陷引發(fā)，并且其成因還未明確發(fā)現(xiàn)。
[0003]更嚴(yán)重地，血栓患病率由于基因缺陷和后天因素而正在快速增加。因此，已經(jīng)需要設(shè)備和方法來(lái)進(jìn)行血栓或出血性疾病的定量測(cè)試，并且進(jìn)行早期診斷和預(yù)后決策。
[0004]血管損傷部位的凝血過(guò)程中存在發(fā)揮作用的多種因子。各因子的全部生化和生物機(jī)制都發(fā)揮關(guān)鍵作用，而血小板的凝血發(fā)揮最為關(guān)鍵的作用。血小板在無(wú)損傷部位不與動(dòng)脈管壁粘附，但是生化和生物機(jī)制在血管損傷部位將激活，由此不管流動(dòng)條件如何都將造成凝血。
[0005]已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種方法和儀器來(lái)細(xì)分和測(cè)試血小板功能。在不具有血小板數(shù)量疾病的出血性疾病的情況中，血小板功能測(cè)試是辨別由血小板功能的先天性或后天疾病引起的出血性疾病的重要測(cè)試。另外，此種血小板功能測(cè)試正在用于檢驗(yàn)出血趨勢(shì)的增大或由用于治療或預(yù)防心血管疾病的抗血小板藥劑引發(fā)的藥物耐受性。
[0006]如果血管中的內(nèi)皮細(xì)胞有損傷，則內(nèi)皮細(xì)胞中的如膠原蛋白等內(nèi)部物質(zhì)將暴露在血液中，并且血小板將與該物質(zhì)粘附并被激活。血小板的粘附機(jī)制根據(jù)血液流動(dòng)條件將具有不同的特性。
[0007]特別是，如果血液流動(dòng)速度在動(dòng)脈中較高并且施加在血管壁上的剪切力較高，則血小板不易與血管的內(nèi)膜粘附。在此種條件下，血管性血友病因子(von ffillebrandfactor, vffF)將激活并將容易地與血管壁粘附，并且血小板將借助vWF而與血管壁粘附。當(dāng)然，已知的是血小板細(xì)胞膜中包含的如GPIb-1X-V等糖蛋白受體復(fù)合物將誘發(fā)與vWF的反應(yīng)，由此導(dǎo)致粘附。
[0008]如此，粘附的血小板將通過(guò)吸引同類(lèi)的血小板而誘發(fā)凝集，并導(dǎo)致凝血。然后，凝血將通過(guò)血纖蛋白得到加強(qiáng)。
[0009]不過(guò)，血小板的功能并不總是有利的，而是可能在特定的流動(dòng)條件或情況下引發(fā)副作用。例如，當(dāng)血管壁因?yàn)閯?dòng)脈硬化而變得局部狹窄時(shí)，途經(jīng)該狹窄部的血小板將暴露在高剪切比下并被激活，而后在該狹窄部的后部發(fā)生粘附和凝集并導(dǎo)致血栓，后者使血管阻塞。
[0010]如上所述，血小板和vWF受血液流動(dòng)的大小(即因流動(dòng)造成的剪切應(yīng)力)激活，由此導(dǎo)致粘著性增大，并導(dǎo)致凝血發(fā)生。已知的是，激活血小板或vWF所需的剪切應(yīng)力至少為8Pa，剪切速率至少為5，0001/s。
[0011]如此，已提出和開(kāi)發(fā)出多種儀器用于凝血或出血性疾病的早期診斷和預(yù)后測(cè)試，并且基于測(cè)量傳感器，它們可以分為電學(xué)方法、光學(xué)方法和停止出血的時(shí)間測(cè)量方法等。
[0012]出血時(shí)間(BT)方法是約100年前開(kāi)發(fā)出的，其測(cè)量出血時(shí)間并仍在用于血小板功能的篩選測(cè)試。不過(guò)，現(xiàn)存的血小板功能測(cè)試具有諸如難以標(biāo)準(zhǔn)化、較低的診斷有效性和使用介入技術(shù)等問(wèn)題，因而需要一種客觀化的測(cè)量方法來(lái)測(cè)量血小板功能。
[0013]為了解決上述問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了血小板功能分析儀(如PFA-100)，其正在用于測(cè)量血小板功能。該分析儀使用以下特征:血小板在高剪切速率下因激活的vWF而凝集。為了測(cè)量該特征，在全血流入長(zhǎng)的毛細(xì)管后，血小板在涂覆有ADP或腎上腺素的管嘴中與膠原蛋白一起凝集，并通過(guò)壓力或流速等測(cè)量管嘴阻塞的時(shí)間。
[0014]此種血小板功能測(cè)試完全依賴(lài)于vWF的功能。此種測(cè)試具有以下缺陷:該測(cè)試依賴(lài)于血細(xì)胞比容(Hct)，并且不能進(jìn)行抗血小板測(cè)試，如使用阿司匹林或氯吡格雷的測(cè)試。另外，不利的是，需要兩步測(cè)試來(lái)進(jìn)行血小板的功能測(cè)試，并且提高了測(cè)試的費(fèi)用。
[0015]特別地，為了激活vWF，血液樣品必須以預(yù)定的時(shí)間暴露于高剪切速率。為此，PFA-100采用了使血液以高速流入長(zhǎng)的毛細(xì)管的方法。不過(guò)，不利的是，該方法需要大量血液。另外，還存在以下缺陷，vWF在剪切速率最低的毛細(xì)管中心處并不會(huì)被激活，而vWF在剪切速率最高的近管壁處激活，由此并不能保證測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性。
[0016]Diamed C0.，Ltd.的MPACT采用了圓錐平板形式的旋轉(zhuǎn)型庫(kù)艾特流動(dòng)。在此種方法中，對(duì)其中包含的血液施加均勻的剪切應(yīng)力，并在施加高剪切應(yīng)力時(shí)測(cè)量血小板的粘附程度。與PFA-100類(lèi)似，此種方法具有以下缺點(diǎn):其過(guò)度依賴(lài)?yán)w維蛋白原和vWF的濃度和功會(huì)K。
[0017]Verify-NOff(Accumetrics)采用了利用光學(xué)傳感器借助渾池度測(cè)量血小板的凝集程度的方法。在此種方法中，將激動(dòng)劑與血液混合，然后使其上涂覆有膠原蛋白的微珠反應(yīng)，由此使血液中的血小板凝集。然后，測(cè)量渾濁度隨時(shí)間的變化。近來(lái)，使用該方法的頻率正在增大，不過(guò)該方法仍具有現(xiàn)有的渾濁度測(cè)量方法的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]技術(shù)問(wèn)題
[0019]本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，并且本發(fā)明提供了基于微流體芯片的測(cè)試血小板的多種功能和藥物反應(yīng)的設(shè)備和方法，借助該設(shè)備和方法可以進(jìn)行多種測(cè)試，包括經(jīng)一次測(cè)試進(jìn)行出血性疾病和血栓的早期診斷和預(yù)后，由此節(jié)省測(cè)試成本并提高測(cè)試的可重復(fù)性和準(zhǔn)確性。
[0020]本發(fā)明的另一目的在于提供基于微流體芯片的測(cè)試血小板的多種功能和藥物反應(yīng)的設(shè)備和方法，借助該設(shè)備和方法可以自動(dòng)測(cè)量血流的封閉時(shí)間。
[0021]本發(fā)明的目的并不限于上述目的。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從下文的說(shuō)明可以清楚地理解未提及的其它目的。
[0022]技術(shù)方案
[0023]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了基于微流體芯片的測(cè)試血小板的功能和藥物反應(yīng)的設(shè)備，其包括:測(cè)量裝置，其容納血液樣品，并測(cè)量由于血液樣品的流動(dòng)而產(chǎn)生的血小板的凝集和粘附；和流體驅(qū)動(dòng)裝置，其與測(cè)量裝置相連接，并產(chǎn)生血液樣品的振蕩剪切流。
[0024]該測(cè)量裝置包括:其中容納血液樣品的樣品容器；與樣品容器連接并導(dǎo)引血液樣品的剪切流的微流道；與微流道連接的測(cè)量室，其中血小板的凝集和粘附產(chǎn)生于該測(cè)量室中；和對(duì)該測(cè)量室中產(chǎn)生的血小板的凝集和粘附進(jìn)行測(cè)量的感測(cè)部件。
[0025]進(jìn)一步，該流體驅(qū)動(dòng)裝置包括:線(xiàn)性致動(dòng)器；受該線(xiàn)性致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)而直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞；和缸體，其中安裝有上述活塞以便該活塞在其中直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0026]進(jìn)一步，測(cè)量裝置和流體驅(qū)動(dòng)裝置之間安裝有閥，并且該閥控制驅(qū)動(dòng)壓力的供給和切斷。
[0027]進(jìn)一步，該閥通過(guò)周期性打開(kāi)和關(guān)閉而可以產(chǎn)生脈動(dòng)流。
[0028]進(jìn)一步，多個(gè)微流道是并行排列的。
[0029]進(jìn)一步，將彼此不同的試劑供給至與并行排列的微流道相連接的測(cè)量室中。
[0030]進(jìn)一步，感測(cè)部件包括下述元件的至少一種:測(cè)量電阻抗的電極傳感器、測(cè)量渾濁度的光學(xué)傳感器、測(cè)量脈動(dòng)壓力的壓力傳感器和測(cè)量血液樣品的振蕩流動(dòng)距離的圖像傳感器。
[0031]進(jìn)一步，電極傳感器具有安裝在測(cè)量室兩側(cè)的兩個(gè)電極，并測(cè)量電阻抗變化，該電阻抗是由于血小板在測(cè)量室中的凝集和粘附而變化的。
[0032]進(jìn)一步，將光學(xué)傳感器布置為與測(cè)量室外部的光源相對(duì)，并測(cè)量光學(xué)渾濁度的變化，該光學(xué)渾濁度是由于血小板在測(cè)量室中的凝集和粘附而變化的。
[0033]進(jìn)一步，將壓力傳感器布置在連接測(cè)量裝置和流體驅(qū)動(dòng)裝置的閥處，或布置在樣品容器內(nèi)，并測(cè)量脈動(dòng)壓力的變化，該脈動(dòng)壓力是由